丁克儉

（亳州廣播電視臺(tái)，安徽 亳州 236800）

隨著人們對(duì)物質(zhì)文化、精神文化的要求越來(lái)越高，國(guó)家“十二五”規(guī)劃提出大力發(fā)展人們對(duì)視聽(tīng)文化的需求，廣播電視臺(tái)抓住數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高清晰化等電視技術(shù)高速發(fā)展的機(jī)遇，加快廣播電視數(shù)字化的整轉(zhuǎn)。在三網(wǎng)融合的大背景下，數(shù)字電視業(yè)務(wù)成為廣電新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)?！笆濉币?guī)劃中提出在進(jìn)展模擬電視轉(zhuǎn)向數(shù)字化及豐富電視節(jié)目?jī)?nèi)容的同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)信號(hào)的覆蓋工作，國(guó)家廣電總局在緊鑼密鼓發(fā)展數(shù)字電視業(yè)務(wù)的同時(shí)，也加大對(duì)數(shù)字電視安全播出、傳輸?shù)挠行Ч芾怼闈M足廣播電視服務(wù)大眾，進(jìn)一步促進(jìn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展，保障農(nóng)村收看基本電視的需求，亳州電視臺(tái)充分利用現(xiàn)有資源與現(xiàn)代成熟的微波技術(shù)，把目前臺(tái)里現(xiàn)有的2套數(shù)字嵌入式音頻電視與1套模擬電視及1套數(shù)字廣播信號(hào)，采用COFDM調(diào)制技術(shù)、微波獨(dú)立加密技術(shù)與光端機(jī)傳輸系統(tǒng)構(gòu)建熱備方式把4個(gè)信號(hào)源無(wú)縫傳輸?shù)桨l(fā)射臺(tái)轉(zhuǎn)播機(jī)房，進(jìn)行無(wú)線傳輸覆蓋。

1 MPTS流傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MPTS（Multi-Program Transport Stream）即多節(jié)目傳輸流，復(fù)用了多路節(jié)目、多種信息的TS流，MPTS流包括視頻流、音頻流、節(jié)目特殊信息流（Program Special Information，PSI）和其他數(shù)據(jù)包，各種數(shù)據(jù)之間通過(guò)節(jié)目特殊信息PSI組織起來(lái)。PSI信息中的節(jié)目關(guān)聯(lián)表（Program Association Table，PAT）和節(jié)目映射表（Program Map Table，PMT）組成一個(gè)樹(shù)狀索引，通過(guò)PID（Packet ID包標(biāo)識(shí)）來(lái)唯一標(biāo)識(shí)每一種TS幀，通過(guò)技術(shù)手段對(duì)ID進(jìn)行特殊處理，處理過(guò)后能一一對(duì)應(yīng)解開(kāi)，不會(huì)出現(xiàn)信息疊加，節(jié)目信息混亂。

為實(shí)現(xiàn)廣播電視局?jǐn)?shù)字化綜合業(yè)務(wù)的整體提升，積極跟隨國(guó)家“十二五”發(fā)展的步伐，亳州臺(tái)抓住發(fā)展的機(jī)遇，解決多年來(lái)困擾的技術(shù)難題:由于亳州市地處淮河北部地區(qū)，文化昌盛、歷史悠久、交通便捷，隨著近年來(lái)招商引資的擴(kuò)大，市委市政府對(duì)文化活動(dòng)的重視程度加大，無(wú)形中增加了電視臺(tái)對(duì)文化活動(dòng)直播轉(zhuǎn)播的工作量，電視臺(tái)播出信號(hào)只通過(guò)中心街道上一根光纖鏈路傳輸?shù)桨l(fā)射臺(tái)，所以每次遇到重大活動(dòng)時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)光纖突發(fā)受損，致使信號(hào)傳至發(fā)射臺(tái)時(shí)中斷，因維修工作量較大，很難在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常通信。亳州臺(tái)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)不斷咨詢學(xué)習(xí)、參觀附近的電視臺(tái)對(duì)這一問(wèn)題的解決方案，最終設(shè)計(jì)一套結(jié)合亳州臺(tái)現(xiàn)有資源的優(yōu)化方案。理論上采用光纖傳輸為主，結(jié)合微波傳輸為備，光纖傳輸時(shí)在根據(jù)地理環(huán)境采用多種路徑光纖同時(shí)傳輸。實(shí)際上兩種方式互為熱備份，在發(fā)射臺(tái)機(jī)房接收端加上一臺(tái)音視頻智能切換器，保障信號(hào)源的實(shí)時(shí)傳輸。

2 光纖傳輸

為保障廣大電視觀眾能夠收看到安全、豐富多彩、不間斷的廣播電視節(jié)目，亳州臺(tái)按照公司設(shè)計(jì)多種路徑信號(hào)傳輸方式，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理念總結(jié)出一句俗語(yǔ)——“天上飛，地下跑，摸不著，看不到”。具體到系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念中淺析是:“天上飛”是采用空中架接光纖，綜合考慮工程量的巨大，利用城市網(wǎng)絡(luò)公司現(xiàn)有的光纖架接桿，敷設(shè)一段光纖配合光端機(jī)進(jìn)行傳輸；“地下跑”采用的方式跟“天上飛”的系統(tǒng)原理相同，唯一不同的是利用現(xiàn)有光纖管井通道敷設(shè)一段光纜；“摸不著，看不到”采用COFDM調(diào)制方式的微波進(jìn)行無(wú)線信號(hào)傳輸。亳州臺(tái)在設(shè)計(jì)方案時(shí)考慮外界不可控因素會(huì)導(dǎo)致市里直播一些重大活動(dòng)信號(hào)中斷，把空中的架接的光纖傳輸路線與光纖管井道的路線盡量避開(kāi)一定距離，為了防止同一個(gè)地方出現(xiàn)外界不可控因素造成光纖損傷。防止不可控因素的同時(shí)發(fā)生造成光纖損傷，采用無(wú)線微波進(jìn)行備份。光端機(jī)采用現(xiàn)代最先進(jìn)電復(fù)用與光復(fù)用技術(shù)，既可以滿足高質(zhì)量傳輸數(shù)字視音頻信號(hào)、模擬音頻信號(hào)的要求，又可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)輸入、模擬信號(hào)輸出?？蓪?shí)現(xiàn)數(shù)字視頻信號(hào)嵌入音頻并傳播。輸出為SDI數(shù)字視頻，AES-EBU數(shù)字立體聲音頻。光纖系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)如圖1所示。

3 微波傳輸鏈路

3.1 COFDM調(diào)制技術(shù)

無(wú)線數(shù)字圖像傳輸已成為目前新聞采集、現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播、實(shí)時(shí)高質(zhì)量圖像監(jiān)控所必須的組成部分。但是無(wú)論是數(shù)字微波、擴(kuò)頻微波、無(wú)線網(wǎng)都因其采用的是單載波調(diào)制體制，存在一定的局限性，在圖像傳輸應(yīng)用中都會(huì)面臨著在阻擋環(huán)境中的應(yīng)用和在信號(hào)干擾環(huán)境中的應(yīng)用。結(jié)合亳州臺(tái)實(shí)際情況，微波傳輸要求采用COFDM技術(shù)。

COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)[1-3]是多載波正交頻分復(fù)用技術(shù)的簡(jiǎn)稱，它采用歐洲地面數(shù)字電視傳輸DVB-T的標(biāo)準(zhǔn)。COFDM調(diào)制技術(shù)，既能充分利用信道帶寬，又能提高載波的頻譜利用率，也可以避免載波相互干擾和抗突發(fā)噪聲差錯(cuò)。COFDM技術(shù)將信道劃分成正交子信道，每個(gè)載波所使用的調(diào)制方法可以不相同，可以根據(jù)信道狀況的不同選擇，如QPSK，16QAM，64QAM等。廣播電視為了提高電視傳輸節(jié)目質(zhì)量，采用8 MHz帶寬內(nèi)凈荷數(shù)碼率為4.98～31.67 Mbit/s。COFDM多載波技術(shù)具有在非可視或有阻擋的環(huán)境中傳輸特點(diǎn)，其“繞射”與“穿透”能力可以在城區(qū)、城郊、建筑物內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像實(shí)時(shí)傳輸，不受周圍環(huán)境影響或影響較小，同時(shí)采用增益較大的全向天線，不會(huì)受到方向角度的限制，大大提高了移動(dòng)時(shí)微波傳輸?shù)挠行Ь嚯x。COFDM多載波技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了在高速移動(dòng)中畫面實(shí)時(shí)無(wú)線微波傳輸，可以借助汽車、火車、直升機(jī)、船舶等高速移動(dòng)交通工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)一些重大事件現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集和接收。它不需要任何附加裝置，就可實(shí)現(xiàn)固定—移動(dòng)、移動(dòng)—移動(dòng)間的使用，非常適合安裝到車輛、船舶、直升機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)上。不僅傳輸具有高可靠性，而且表現(xiàn)出很高的性價(jià)比。

傳輸帶寬高，適合高碼流、高畫質(zhì)的音視頻傳輸，圖像碼流一般可大于4 Mbit/s高碼流、高畫質(zhì)的音視頻數(shù)據(jù)流對(duì)編碼、信道速率要求十分高。一般的數(shù)字微波，擴(kuò)頻微波傳輸鏈路中，雖然采用MPEG-2編碼，但信道多采用2 Mbit/s速率，如E1，使得解碼后的圖像分辨率可以達(dá)到720×576，但是圖像壓縮碼流只有1 Mbit/s左右，無(wú)法滿足接收端后期音視頻分析、存儲(chǔ)、編輯等具體的要求。廣播電視圖像碼流一般為8 Mbit/s高碼流、高質(zhì)量的信號(hào)節(jié)目流對(duì)傳輸信道帶寬要求很高，利用COFDM每個(gè)子載波可以選擇不同的調(diào)制方式，合成后的信道帶寬可以很大程度地滿足8 Mbit/s碼流的傳輸，保障后期廣播電視節(jié)目的制作編輯。

在復(fù)雜電磁環(huán)境中，COFDM具備優(yōu)異的抗干擾性能對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號(hào)波形間的干擾性能優(yōu)越，通過(guò)各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。在單載波系統(tǒng)中（如數(shù)字微波、擴(kuò)頻微波等），單個(gè)衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€(gè)通信鏈路失敗，但在多載波COFDM系統(tǒng)中，僅有很小一部分子載波會(huì)受到干擾，并且這些子信道還可以采用糾錯(cuò)碼來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)，確保傳輸?shù)牡驼`碼率。

3.2 微波傳輸

信號(hào)傳輸?shù)姆绞酱笾掠?種方式:光纖傳輸，微波傳輸，衛(wèi)星傳輸。由于亳州臺(tái)是地市級(jí)電視臺(tái)，鑒于資金有限，不能實(shí)現(xiàn)采用衛(wèi)星傳輸。但是為確保信號(hào)傳輸?shù)牟婚g斷、既經(jīng)濟(jì)、又安全的原則，亳州臺(tái)采用以光纖傳輸為主，以微波傳輸為熱備份的原則，無(wú)論是平時(shí)的信號(hào)傳輸還是現(xiàn)場(chǎng)直播中的信號(hào)傳輸都是如此。

為確保亳州廣播電視臺(tái)節(jié)目信號(hào)安全、穩(wěn)定、高效的傳輸，采用COFDM調(diào)制方式的微波傳輸系統(tǒng)，實(shí)時(shí)同步傳輸與光端系統(tǒng)構(gòu)成熱備份，解決應(yīng)對(duì)外界不可控因素突發(fā)事件的問(wèn)題。采用標(biāo)準(zhǔn)的廣播電視圖像MPEG-2/MPEG-4數(shù)字壓縮編碼技術(shù)，無(wú)線微波通信信道采用糾錯(cuò)碼技術(shù)進(jìn)行誤碼糾錯(cuò)技術(shù)，大大減小了誤碼率的發(fā)生的概率。多載波、多路徑結(jié)合空間分集、時(shí)間分集提高復(fù)雜環(huán)境下接收靈敏度即微波圖像傳輸質(zhì)量。為保障多套節(jié)目傳輸?shù)馁|(zhì)量，采用COFDM技術(shù)中64QAM高速調(diào)制，滿足信號(hào)傳輸?shù)男诺缼挕?/p>

利用現(xiàn)代最先進(jìn)的編碼復(fù)用技術(shù)，對(duì)電視臺(tái)的4套節(jié)目信號(hào)源編碼成4個(gè)單節(jié)目TS流，采用安徽現(xiàn)代公司獨(dú)有的地址碼加密解析技術(shù)，分別對(duì)四道單節(jié)目TS流進(jìn)行地址排序加密編碼，通過(guò)復(fù)用模塊復(fù)用成一道多節(jié)目MPTS流的ASI信號(hào)，ASI信號(hào)直接通過(guò)COFDM中頻調(diào)制成IF信號(hào)，經(jīng)過(guò)上變頻器變換成高頻頻率，推送至功率放大器放大發(fā)射功率經(jīng)LNA天線進(jìn)行空間無(wú)線發(fā)射[4]。在發(fā)射臺(tái)較空曠的環(huán)境下，架上增益倍數(shù)較大頻點(diǎn)相同LNA天線，利用空間分集技術(shù)接收無(wú)線電磁波合成，經(jīng)濾波器對(duì)雜波過(guò)濾處理和低噪聲放大器對(duì)信號(hào)放大，最后通過(guò)微波接收機(jī)解調(diào)和解碼合成高質(zhì)量圖像。其系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

模擬電視分路傳輸?shù)囊曨l及音頻信號(hào)基于模擬信號(hào)在時(shí)間上的連續(xù)性這一特點(diǎn)，基本上不存在聲音與畫面的遲滯。進(jìn)入數(shù)字時(shí)代后，由于視頻信號(hào)和音頻信號(hào)的處理方式、傳輸通道方式的不同，使視音頻信號(hào)出現(xiàn)不同的延時(shí)，產(chǎn)生了聲音與圖像不同步的現(xiàn)象。為有效解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的多功能視音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)在完成主電路、控制電路和外圍接口電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用軟件編程，將數(shù)字音頻信號(hào)嵌入到SDI視頻信號(hào)中，實(shí)現(xiàn)了視音頻信號(hào)同路傳輸，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果。

數(shù)字廣播是指將數(shù)字化了的音頻信號(hào)、視頻信號(hào)以及各種數(shù)據(jù)信號(hào)在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行各種編碼、調(diào)制、傳遞等處理[5-6]。同時(shí)，數(shù)字廣播也是一項(xiàng)有別于傳統(tǒng)所熟知的AM和FM的廣播技術(shù)，它通過(guò)地面發(fā)射站，以發(fā)射數(shù)字信號(hào)來(lái)達(dá)到廣播以及數(shù)據(jù)資訊傳輸目的。隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字廣播除了傳統(tǒng)意義上僅傳輸音頻信號(hào)外，還可以傳送包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)、文字、圖形等在內(nèi)的多媒體信號(hào)。就世界范圍看，數(shù)字廣播已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字多媒體廣播的時(shí)代，受眾通過(guò)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、便攜式接收終端、車載接收終端等多種接收裝置，就可以收看到豐富多彩的數(shù)字多媒體節(jié)目。PID4路編碼復(fù)用器是一種集編碼器，復(fù)用器于一體，且易于使用，功能強(qiáng)大的MPEG-2/MPEG-4編碼器。強(qiáng)大的圖像預(yù)處理能力，能最大限度的去掉冗余信息。壓縮數(shù)據(jù)輸出格式為ASI，支持MP2，AC3，ACC多種音頻格式，完全符合MPEG-2/MPEG-4的ISO標(biāo)準(zhǔn)。多種圖像高寬比（含4∶3，16∶9）設(shè)置，滿足各種畫面需求，具有極強(qiáng)的兼容性。其體積為1U機(jī)箱，通過(guò)前面板液晶顯示可實(shí)現(xiàn)完全脫機(jī)設(shè)置和運(yùn)行。

上變頻器是將較低頻率變換成較高頻率的變頻器，是一種小信號(hào)，然后進(jìn)行功率放大，用于低噪聲接收。在通信設(shè)備中，它一般用作發(fā)送混頻器，將發(fā)送端已調(diào)好的中頻信號(hào)和發(fā)送本振信號(hào)一起送給上變頻器，以輸出發(fā)送的微波信號(hào)。

為保障亳州廣播電視臺(tái)日常工作的有序開(kāi)展，選用高質(zhì)量、高性能、高指標(biāo)的設(shè)備為依據(jù)，亳州臺(tái)進(jìn)行了大量研究調(diào)查工作，最終選擇市場(chǎng)比較好的幾家，進(jìn)行設(shè)備的試用。在試用階段亳州臺(tái)總結(jié)出微波系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的技術(shù):1）根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際環(huán)境測(cè)量出干凈的頻率資源；2）設(shè)備體積、重量滿足方便快速安裝、防雷防水；3）信號(hào)在經(jīng)過(guò)編解碼處理時(shí)要安全穩(wěn)定。微波設(shè)備頻點(diǎn)的選擇很重要，一定根據(jù)本地實(shí)際頻點(diǎn)資源，測(cè)試出受電磁波、等壓電離子波等雜波影響較小的頻率波段，原則上采用500～800 MHz的UFH頻段，因?yàn)樵谶@個(gè)頻段中COFDM調(diào)制方式微波可以把8 Mbit/s帶寬信號(hào)通道內(nèi)的電視信號(hào)，傳輸過(guò)程表現(xiàn)更加優(yōu)越的“繞射”和“穿透”能力。電視信號(hào)在編碼時(shí)一定采用性能指標(biāo)好的編碼器（采用進(jìn)口編碼器），既能降低圖像在編碼時(shí)產(chǎn)生的誤碼，也能降低圖像傳輸?shù)难訒r(shí)。設(shè)備體積要符合廣電標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱的同時(shí)具備防水防雷等技術(shù)指標(biāo)。

3.3 低噪聲放大器

低噪聲放大器是COFDM調(diào)制方式微波傳輸接收系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，它直接與接收端的天饋相連，與接收信源的噪聲和信噪比有著極為密切關(guān)系。信號(hào)在信道中傳輸除了信號(hào)損耗和衰減之外，信號(hào)噪聲干擾對(duì)信號(hào)傳輸抑制起到重要作用。信號(hào)噪聲干擾的原因比較多，其中電子元器件在工作時(shí)引發(fā)的噪聲影響最大，在微波信號(hào)移動(dòng)傳輸時(shí)噪聲干擾會(huì)降低接收信號(hào)的靈敏度。在微波發(fā)射功率相同時(shí)，噪聲干擾會(huì)縮短傳輸距離，同時(shí)圖像質(zhì)量也會(huì)變差。微波傳輸時(shí)采用低噪聲放大器對(duì)降低噪聲系數(shù)有重要作用。低噪聲放大器是一個(gè)多級(jí)放大器對(duì)弱信號(hào)有放大作用，采用高性能低噪管降低噪聲系數(shù)。低噪聲放大器主要由低噪聲管、放大管、限幅組件、檢波電路、限幅運(yùn)算電路等組成。采用增益較大、噪聲系數(shù)較小、溫度范圍控制較大的低噪聲放大器提高了微波傳輸距離、圖像質(zhì)量。

4 小結(jié)

現(xiàn)代廣播電視技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)，解決電視節(jié)目傳輸?shù)臅r(shí)效性、易維護(hù)性、安全性，彌補(bǔ)了環(huán)境比較復(fù)雜下電視信號(hào)光纖無(wú)法傳輸?shù)拿c(diǎn)。未來(lái)隨著微波通信技術(shù)的發(fā)展，將為廣播電視領(lǐng)域信號(hào)傳輸直播提供更有力的保障，同時(shí)也會(huì)為亳州市打造現(xiàn)代化數(shù)字通信城市提供堅(jiān)強(qiáng)的基礎(chǔ)。

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